添加钽对电弧熔丝增材制备镍钛形状记忆合金组织性能的影响

NiTiTa三元形状记忆合金(SMAs)是潜在的生物医用材料,且电弧增材制造(WAAM)技术已经广泛应用于NiTi合金的研究中,研究Ta添加对WAAM的NiTi合金组织性能的影响具有重要意义.利用WAAM技术分别制造了5层NiTi合金和NiTiTa合金薄壁构件,系统研究了Ta添加对NiTi合金的微观组织、相变行为、力学性能以及抗腐蚀能力的影响.结果表明,与NiTi合金相比,NiTiTa合金的晶粒显著细化,析出相由NiTi合金中的Ni3Ti转变为Ni(Ti,Ta)_(2).此外,其相变温度显著提高,导致了室温下的组织由完全奥氏体相(B2)转变为奥氏体(B2)和马氏体(B19’)的混合相.拉伸试验结果表明,NiTiTa合金试样相较于NiTi合金试样的抗拉强度提升了9.5%,但延伸率下降了6.8%.极化曲线结果表明,NiTiTa合金具有更高的自腐蚀电位和更小的腐蚀电流密度,抗腐蚀能力显著提升.本研究为促进WAAM制备的NiTiTa合金及其在生物医疗领域的应用奠定了研究基础.

碳纤维HP-RTM模压成形智能化生产线及应用

介绍了一种碳纤维HP-RTM模压成形智能化生产线。该生产线由2500t碳纤维HP-RTM成形液压机、温控装备、上下料机械手、输送系统、真空设备和电气联控系统六部分组成,能够实现对汽车碳纤维复合材料制品零件的自动化一体成形。最后介绍了纤维复合材料的超声波焊接工艺及碳纤维复合材料航空电池箱底板的开发及应用。

CF/PA6与6061铝合金的超声波自熔铆焊

为了进一步提高碳纤维增强热塑性复合材料与轻量化金属之间的连接强度,提出一种新型超声波自熔铆焊方法.该方法通过超声波焊接将短碳纤维增强尼龙6(CF/PA6)熔化并压入铝合金板上预制的通孔内,从而实现CF/PA6与铝合金的连接,连接机制为机械自锁.实验结果表明,随着孔数增加,焊接的整体力学性能有所增加,最优焊接能量为2000 J,最高剪切强度为(58.9±7.1)MPa.依据焊接功率和焊头位移信号,可将超声波自熔铆焊过程分为3个阶段:压紧阶段、导能筋嵌入阶段和充孔阶段.当能量一定时,随着孔数增加,导能筋会更早嵌入CF/PA6中,且焊接时间缩短.相对于焊接能量,孔数对焊接过程的影响更大.得益于机械自锁的连接机制,该方法对金属种类没有限制,具有较为广阔的应用前景.

电弧增材制造过程形性调控方法及在线质量监测技术研究进展

电弧增材制造(WAAM)技术具有效率高、能量利用率高、经济成本相对较低且适用于大型零部件的制造等优势,已被广泛应用于航天航空、汽车工业等领域。文中从电弧增材制造的全过程出发,以提高电弧增材制造构件精度和组织性能为目标,综述了国内外形性调控材质的研究进展,深入分析和讨论了增材制造各个阶段,包括工艺参数、路径规划、特殊能场辅助、增材复合制造,基于此过程提出对在线质量监测方面的探讨。最后,针对电弧增材制造技术面临工艺方案缺乏普适性、路径规划软件适用性不强、在线监测技术不成熟、构件质检无统一标准等主要挑战,进一步对电弧增材制造未来发展方向进行阐述,即建立工艺数据库、开展多源信息传感融合研究、研发高效模型切片和路径规划一体化软件等。

功率分布对5A06铝合金激光摆动焊接熔池动态行为的影响

以5A06铝合金锁底对接焊缝为研究对象,在激光束摆动的基础上引入一种沿正弦摆动路径分布的激光功率(功率分布),实现功率相对于摆动路径的动态调控.基于FLUENT有限元软件,建立激光摆动焊接过程的流体动力学模型,研究光斑摆动与功率分布对焊缝成形的影响机制,模拟对比了施加等功率与功率分布2种工艺下的焊缝截面形貌、熔池动态行为及气孔形成过程.结果表明,与等功率焊接相比,施加功率分布焊缝成形更优,未出现咬边和烧穿等缺陷;由于功率分布的特点,有效缓和了熔池的平均流速,熔融金属呈现更为稳定的流动行为,进一步提高了匙孔的稳定性,并获得了深宽比较小的匙孔,有效降低了焊缝的孔隙率(0.9%).

基于兴趣驱动的大学一年级新生创新实践能力培养模式研究

随着“新工科”课程体系建设的不断完善,“始于新生、贯通四年”的新工科创新实践能力培养模式凸显重要。大学一年级是培养科学素养和创新意识的关键阶段,也是目前“新工科”课程体系建设中较为薄弱的环节之一。文中通过深入剖析大学一年级新生的学习特点,提出基于兴趣驱动的一年级新生创新实践能力培养模式,组建交叉学科背景下的导师团队,设计融合前沿科学技术的项目,建立学生创新实践培养平台,进一步完善考核模式与成绩评价标准,形成“基础层”“提高层”和“项目层”多环节课外创新实践体系,通过“唤起好奇”进而“激发潜能”,提升一年级新生的创新思维和能力。

基于大数据的全球焊接研究进展(三)

6国家自然科学基金分析6.1面上项目2017—2021年共86个机构获批271项面上项目。图18给出了获批5项及以上面上项目的研究机构(即平均每年1项)。如图1所示, 2017—2021年哈尔滨工业大学获资助的面上项目最多,达33项,占据了全部项目总数的12.1%,哈尔滨工业大学是焊接领域的传统强校,具有焊接学科唯一的国家重点实验室,在国内外极具影响力。获批面上项目排在第二位的是天津大学, 5年共获批面上项目30项,占全部获批项目的 11.0%,天津大学同样是焊接领域传统强校,是我国最早成立焊接专业的高校之一。

基于大数据的全球焊接研究进展(二)

4基于CNKI/WoS数据库的研究人员分析。4.1基于CNKI数据库的研究人员分析。笔者基于CNKI数据库对焊接学科研究人员进行了分析,表7列出了5年内累计发表论文数前20名的作者,表8列出了5年内论文被引用次数前20名的作者。由表7和表8可以发现:西南交通大学陈辉发表论文数量最多,哈尔滨工业大学冯吉才教授在发表的论文被引用数上占有明显优势。

Inconel 601镍基高温合金激光焊焊缝的显微组织

对3.0 mm厚的Inconel 601镍基合金激光焊后焊接接头的显微组织进行研究。结果表明:凝固后焊缝金属仍呈奥氏体相,其相组成由奥氏体基体γ相、γ′相(Ni3Al为主)以及碳化物相(Cr23C6)组成。同时,熔池金属以交互结晶的方式优先依附在半熔化状态的母材晶粒表面生长。另外,在焊缝金属中观察到以胞状和树枝状为主的亚结构,亚结构中存在凝固亚晶界、凝固晶粒边界和迁移晶粒边界。

AZ31B镁合金电阻点焊接头断裂形式分析

以AZ31B镁合金板材为研究对象,采用基于断裂力学理论分析电阻点焊接头拉剪力试验后的两种断裂模式,即纽扣断裂和结合面断裂.结果表明,AZ31B镁合金焊点断裂形式受熔核边界的最大拉应力影响,当熔核边界的最大拉应力小于母材抗拉强度时,焊点发生纽扣断裂,反之则发生结合面断裂;同时,AZ31B镁合金的焊点从纽扣断裂过渡到结合面断裂,存在一个临界熔核直径,即当熔核直径小于6.5 mm时,会发生纽扣断裂;大于6.5 mm时容易发生结合面断裂.通过计算AZ31B镁合金焊点的应力强度因子,发现因子数越大,焊点越不容易发生结合面断裂.同时,焊点的承载能力不受断裂形式的影响.

基于非水基电解液的钛合金微细电解加工工艺优化

针对钛合金这种典型的难于传统机械加工的材料,电解加工能达到"以柔克刚"的目的,是解决钛合金加工难题的首选方案.但是钛存在自钝化的特性,如果使用常规的水基电解液进行钛合金的电解加工,其基体表面会持续生成氧化膜,降低加工精度,甚至导致加工无法进行.为了解决这一技术难点,本文尝试采用以乙二醇作为基体的电解液进行电解加工实验.并通过工艺优化实验探究了行走速度、初始加工间隙、脉冲峰值电压等参数对钛合金微细电解加工效果的影响.通过对比分析加工效果,最终确定出优化的工艺参数,并利用优选参数在钛板基体上加工出TJU字样,从而实现钛合金微细电解加工.

激光深熔焊过程熔池小孔发声数值计算与试验分析

激光深熔焊过程中产生的声信号是激光焊接过程质量检测的重要参量.文中对3.5 mm厚的低碳钢板进行焊接速度分别为3,4和5 cm/s的工艺试验,得到了三种典型的熔池小孔,即平底形熔池小孔、锥形熔池小孔和匙形熔池小孔.通过对声信号的频谱分析,得到这三种不同形状的熔池小孔的共振频率分别为:1 503.9 Hz、1 894.53Hz和2 792.96 Hz.同时,文中对试验得到的三种形状的熔池小孔发声过程进行了数值分析,得到了对应的共振频率,分别为:1 453.125 Hz,1 890.625 Hz和2 750 Hz.数值计算得到的结果与试验结果误差在5%范围内.结果表明,文中所建立的熔池小孔模型能很好的反映出实际的焊接过程声信号的声场分布,为声信号在质量检测中的应用提供理论基础.

铝钢点焊铆接复合连接技术

提出了一种点焊与铆接复合进行铝钢连接的技术,即在待焊试样区域预制工艺孔,将铆钉铆入孔中,利用铆接力实现试样的预连接.然后使用点焊机在铆接位置进行点焊,实现铆接与点焊的复合连接,称为"点铆焊".文中分析了该方法的力学性能、微观组织、断裂模式,并同纯点焊与纯铆接进行了比较.结果表明,点铆焊的抗拉强度比纯点焊提高了23.8%,比纯铆接提高了28.7%,失效前吸收功比纯点焊提高211%,比纯铆接提高67%.虽然在点铆焊过程中也会产生脆性金属间化合物,但这些区域并不是主要的承载部位,点铆焊为塑性断裂模式.

低合金钢Q345的深熔TIG焊研究

针对8 mm厚Q345低合金钢的深熔TIG焊中焊接电流、焊接速度、保护气体流量对Q345焊缝成型的影响进行了研究,并对成型较好的焊接接头进行了硬度测试和金相观察.试验结果表明,虽然深熔TIG焊在对低合金钢焊接时的焊接参数不稳定,焊接窗口较窄,不易形成良好的焊缝.但在适当的焊接条件下,可以实现深熔TIG焊对8mm厚Q345的一次性单面焊双面成型,焊缝性能较好并且成型良好的焊缝区组织由铁素体和少量针状贝氏体组成,焊缝熔合区和热影响区的硬度较母材上升了50%,无软化现象.具有继续研究深熔TIG焊应用于低合金钢Q345的意义.

多点凸焊熔核形成过程数值模拟及应用

建立了多点电阻凸焊过程的热电耦合ANSYS模型,指出了在多点凸焊过程中电流出现明显的分流现象.发现了在通电焊接的过程中,受温度和压力综合影响,上工件与下工件的接触点电流密度最大,两侧电流密度值则呈明显下降趋势.并以金属波纹填料凸焊过程为应用实例,对该过程热学和电学行为进行了定量的分析.结果表明,在0.17 mm厚的304不锈钢孔板波纹填料板的凸焊过程中,数值模拟得到的不同时刻熔核温度场、熔核尺寸与实测结果吻合良好,此方法可为多点凸焊工艺参数设计和优化提供理论依据.

基于机器人堆焊增材制造工艺与方法研究

堆焊快速成形作为一种低成本条件下制备组织致密的金属零件的增材制造方法,受到了业界的广泛关注。然而弧坑塌陷与表面粗糙等问题限制了堆焊快速成型的应用。本文对基于机器人堆焊增材制造进行研究,探索解决弧坑塌陷的工艺措施,并提出一整套制备表面光洁零件的堆焊成形工艺,最终制得了低碳钢与铝合金堆焊成形制品。结果表明:通过降低热输入量,在机器人指令中加入填弧坑动作以及使焊接路径适当重叠可以很好的解决弧坑塌陷问题;堆焊成形的零件可以用电解加工的方法作为后处理工艺,得到表面光洁的零件。

基于微孔电解加工的新型阴极结构

为了提高工件材料蚀除的定域性,对裸阴极、侧壁绝缘阴极和缩进阴极进行了研究.以阴阳两极间电解液为研究对象,建立电场模型,通过数值模拟获得加工间隙中电位和电流密度分布,研究阴极结构对微孔进口形状精度的影响.根据模拟结果,分析缩进阴极电解加工微孔时,工艺参数对加工精度和加工效率的影响,优选最佳工艺参数.结果表明,采用优选参数缩进深度50μm,加工电压5V,进给速度3μm/s,能获得良好的加工精度.

TC4钛合金涡轮叶片修复层的电解修形技术

针对涡轮叶片修复工艺链,电解加工是一种潜在的后续修形技术.为提高电解修形精度,对TC4钛合金涡轮叶片叶尖堆焊修复层的电解修形工艺进行了研究.通过建立电场模型,对工件表面电流密度分布进行了数值计算,研究阳极形状演化规律,并以此分析传统阴极工艺的缺陷形成机理.基于仿真结果,提出了改进阴极以消除过切缺陷,并建立试验系统,对堆焊修复后的TC4钛合金叶片进行电解修形的重复试验.结果表明:采用改进阴极,单组叶片修形时间80,s,修形后的叶片精度较高,表面粗糙度Ra≤0.8,μm,具有较好的重复性.

基于涡轮叶片修复的电解修型非加工面保护工艺

为提高民用客机涡轮叶片修复效率,对叶片修复工艺链中电解修型非加工面保护工艺进行了研究。通过建立电场的数学模型,对叶片表面电流密度分布进行数值计算,研究修型规律,并以此分析传统电解修型工艺的缺陷形成机理。提出了牺牲层工艺保护非加工面,并建立实验系统,对堆焊修复后的TC4叶片进行电解修型。结果表明:直接修型、绝缘层保护两种传统工艺将分别形成杂散腐蚀和"台阶"缺陷;采用牺牲层工艺,单组叶片修型时间60s,修型后的叶片精度较高,表面粗糙度Ra≤0.6μm,具有较好重复性,满足设计要求。

焊接模式对长碳纤维复合材料超声波焊接头性能的影响

超声波焊接可以高效地实现长碳纤维复合材料的连接.超声波焊接常用的有3种焊接模式:时间模式、位移模式和能量模式,其控制机理不同.本文采用适应生产需求的小焊头,研究了3种常用焊接模式对长碳纤维复合材料超声波焊的接头性能的影响,为生产过程中的焊接模式选择提供依据,且材料表面不预设能量引导体(导能筋)以提高生产效率.本文探寻了每种焊接模式下的最优焊接参数,并将各模式下的最优参数结果进行了对比,通过监测焊接过程中的功率-位移曲线对焊接过程及机理进行了分析,采用拉伸实验和显微组织观察对分析结果进行了验证.结果表明,熔核面积是影响拉伸强度的主要因素,焊接过程的完整性对拉伸强度也有所影响,焊接缺陷普遍存在于3种焊接模式中,对焊接质量影响不大.不同的焊接模式下获得的最佳接头性能有较大差异,位移模式下得到的熔核面积最大,接头的最大承载力可达1795.6 N;时间模式下焊点熔化后未经充分流动即冷却凝固,接头力学性能较差;能量模式下焊接时间短,熔核面积仅为位移模式下的40.5%,承载力也较差.位移模式是最适合长碳纤维复合材料超声波焊的焊接模式.